青藏高原不同类型湖泊温度季节性变化及其分类

2014年第59卷第31期：3095~3103www.scichina.comcsb.scichina.com引用格式引用格式:王明达,侯居峙,类延斌.青藏高原不同类型湖泊温度季节性变化及其分类.科学通报,2014,59:3095–3103英文版见英文版见:WangMD,HouJZ,LeiYB.ClassificationofTibetanlakesbasedonvariationsinseasonallakewatertemperature.ChinSciBull,2014,59:4847–4855,doi:10.1007/s11434-014-0588-8《中国科学》杂志社SCIENCECHINAPRESS论文青藏高原不同类型湖泊温度季节性变化及其分类王明达①②,侯居峙①*,类延斌①①中国科学院青藏高原研究所,青藏高原环境变化与地表过程重点实验室,北京100101;②中国科学院大学,北京100049*联系人,E-mail:houjz@itpcas.ac.cn2014-02-24收稿,2014-06-23接受,2014-09-25网络版发表国家自然科学基金(41072120,41321061)资助摘要青藏高原广泛分布的湖泊是研究高原气候变化及其与全球气候系统相互关系的理想载体,但是目前对于高原湖泊现代过程研究仍然比较缺乏,在某种程度上制约了对过去气候环境变化记录的指标意义和湖泊生态系统演替的深入理解.本研究对青藏高原西部淡水湖泊班公错和中部咸水湖泊达则错开展了为期1年的湖水温度监测,讨论其湖水分层、翻转等水文物理过程.数据显示班公错属于典型的双季对流混合型湖泊(dimicticlake),而达则错属于半对流湖泊(meromicticlake),可能与达则错深部湖水盐度较高有关.利用湖泊模型LakeAnalyzer进一步确认达则错不完全混合是由湖水盐度梯度所致.现代湖泊温度监测为高原湖泊分类提供有效数据,也为进一步深入研究过去气候变化和生态系统演替提供了水文物理学基础.关键词青藏高原湖泊温度监测班公错达则错双季对流混合型湖泊半对流湖泊湖泊现代过程研究有助于理解湖泊生态系统演替和深入探讨并合理解释过去气候环境变化记录.湖水热量分布影响湖水的分层,进而影响湖水溶解氧及营养物质的含量和分布,并进一步影响水生生物分布[1~3].因此湖水温度的季节性变化被认为是影响生物群落结构及生态系统生产力的决定性因素之一[2~5].同时湖泊现代过程研究可以为过去气候环境变化的指标提供机制上的解释,帮助深入理解过去气候环境变化记录的意义,并且有可能提供新的研究思路[6~8].青藏高原气候变化受多个大气环流系统影响[9,10],目前其气候变化机制尚不明确.青藏高原湖泊是记载气候变化和区域响应的重要载体,分布广、数量多[11,12],为从空间尺度上重建高原气候变化并讨论其机制提供良好基础.基于已有的湖泊沉积物记录,目前对青藏高原不同地区的气候变化有了一定了解[13~18],但是对一些气候代用指标的指示意义仍存在争议[19,20],这主要是由于高原湖泊的现代过程研究十分有限,限制了对这些气候代用指标的指示意义及其机制的深入研究.加强湖泊现代过程研究,深入理解气候代用指标的科学意义,建立指标与气候环境要素的定量关系是当前的主要任务[21,22].目前对青藏高原湖泊现代过程研究仅限于一些湖泊的不连续测量和调查[23~28].为了深入理解不同代用指标的气候环境变化指示意义和研究高原湖泊生态系统的变化,有必要开展长期连续的湖泊现代过程研究.因此选择青藏高原2个典型湖泊,西部淡水湖班公错(盐度为0.47g/L)和中部咸水湖达则错(盐度为14.69g/L)进行了为期1年的温度监测,研究不同盐度湖泊的季节性温度分布、湖水分层与翻转等方面的异同,并且利用物理湖泊模型LakeAnalyzer分析其差异的原因.2014年11月第59卷第31期30961研究区概况班公错(33°26′~33°58′N,78°25′~79°56′E,4220ma.s.l.)是青藏高原西部最大的湖泊,属构造成因,湖泊面积627km2,在我国境内的面积约为413km2,流域面积约为25787km2,湖泊最大水深41.7m[11,29,30].据中国科学院阿里荒漠环境观测研究站(NgariStationforDesertEnvironmentObservationandResearch,ChineseAcademyofSciences,NASDE)观测(2010~2012年),班公错地区年均降水量87mm,年平均气温2℃.位于中国境内的东部湖盆湖水主要以冰川融水补给为主,3条主要入湖河流分别为北部的多玛曲、东部的昂卖曲以及南部的麻嘎藏布(图1(b)).冬季表层湖水会发生冻结,结冰期为当年的11月至次年4